發(fā)布日期：2018-12-21
適應(yīng)性進(jìn)化技術(shù)是目前備受矚目的菌種改良技術(shù)，該技術(shù)能夠有效的增強(qiáng)菌株的某種表型或者生理性狀，并且該育種技術(shù)會保留菌株原有的優(yōu)良性狀，不會出現(xiàn)基因工程育種技術(shù)造成的生長限制。
為了探究控制谷氨酸棒桿菌的生長和碳水化合物代謝的關(guān)鍵調(diào)控因子，研究人員在葡萄糖的基礎(chǔ)培養(yǎng)基中對野生型的谷氨酸棒桿菌（C. glutamicum ATCC 13032）進(jìn)行了長達(dá)1500代的適應(yīng)性進(jìn)化。在馴化菌株中分離獲得了一株優(yōu)良菌株G15H，該菌株的生長速率比野生型菌株提高了42%，是迄今為止報道的最高水平（0.62 h-1）。
圖1谷氨酸棒桿菌適應(yīng)性進(jìn)化過程示意圖
為了考察G15H菌株與野生型菌株在基因水平上的表達(dá)差異，研究者對其進(jìn)行了全基因組測序。結(jié)果表明在不同時期的馴化菌株中，多個基因發(fā)生了變化。其中，在轉(zhuǎn)錄因子GntR1表達(dá)中，70位的賴氨酸替換成了谷氨酸。在轉(zhuǎn)錄因子RamA表達(dá)中色氨酸替換了52位的丙氨酸。為了考察關(guān)鍵基因的變化對谷氨酸棒桿菌的影響，研究者將這種關(guān)鍵突變?nèi)藶榈囊浦驳揭吧途曛?，結(jié)果只有ramA的突變株產(chǎn)生變化，在生長速率上提高了20%。在敲除GGPS的基礎(chǔ)下，ramA突變株和gntR1突變株的生長都得到了明顯的改善，并且這兩個效果是相加的。因此研究者同時敲入這兩個突變基因，結(jié)果發(fā)現(xiàn)獲得的菌株DKI的生長速率達(dá)到了馴化菌株的水平（0.62 h-1）。
但是進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，谷氨酸棒桿菌的生長改善并不是因?yàn)閞amA和gntR1基因的失活導(dǎo)致的。為了考察這個現(xiàn)象，研究者從整個中心碳代謝上尋找關(guān)鍵信息，結(jié)果發(fā)現(xiàn)馴化菌株G15H和DKI菌株的磷酸戊糖代謝途徑的基因都被明顯上調(diào)，其中編碼葡萄糖酸通透酶（gntP）及葡萄糖酸激酶(gntK)的基因被分別上調(diào)了9倍和20倍。此外，發(fā)現(xiàn)G15H和DKI菌株的ATP/ADP的比值比野生菌株提高了25%。
有趣的是，獲得的菌株G15H和DKI不僅在葡萄糖培養(yǎng)基中具有高是生長速率，在果糖，木糖和蔗糖中也表現(xiàn)了較好的生長性能。并且該菌株還可以改善靜息細(xì)胞在厭氧條件下是生長性能，糖耗速率能達(dá)到30%。該成果近期發(fā)表在雜志《metabolic Engineering》上。
圖2不同馴化菌株的中心碳代謝的關(guān)鍵基因表達(dá)水平的差異
來源：科技部
